A rotational state-selected molecular beam study on adsorption dynamics on stepped surfaces

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 20H02623
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• Allocation Type: Single-year Grants
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 29020:Thin film/surface and interfacial physical properties-related
• Research Institution: National Institute for Materials Science
• Principal Investigator: Kurahashi Mitsunori 国立研究開発法人物質・材料研究機構, マテリアル基盤研究センター, 主席研究員 (10354359)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 表面 / 酸素分子 / 配向 / ステップ / スピン / 水素分子

Outline of Final Research Achievements

Steps play key roles in catalytic reactions on nano-particle catalysts, but the effects of the alignment of gas-phase molecules on the adsorption processes on stepped surfaces is not understood well. In the present study, by scanning a narrow spin-rotational state-selected O2 beam across a curved Pt(111) surface on which step density varies linearly with the horizontal distance from the apex of the crystal, we have investigated the alignment-dependent O2 adsorption and CO oxidation on stepped Pt surface. We also prepared a hyperpolarized ortho-H2 beam using the magnetic deflection technique and developed a system that allows us to investigate how the nuclear spin of H2 affects its adsorption and desorption processes.

Free Research Field

表面科学、偏極ビーム

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

入射O2分子の配向・運動エネルギー等のパラメータを制御した触媒反応特性をステップ密度の関数としてモニターする手法は、高指数面を用いる方法では容易でないステップとテラスの寄与の分離、活性化吸着と間接過程の寄与の分離を可能にするため、今後、様々な試料におけるステップに由来する反応過程の分析に役立つと予想される。観測されたステップとテラスの反応特性の違いや、ステップが隣接テラスに与える影響に関する知見は新奇で重要な効果と考えている。微細な量子状態選別分子ビームを試料上で走査する方法は、面内で膜厚等のパラメータが変化する様々な試料にも応用可能で測定の効率化にも貢献できる。